(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転をピニオンに伝達する軸にヘリカルスプラインを設け、その歯に沿ってピニオンが飛込み動作を行うと、前記ピニオンの正回転方向に対して逆向きの回転が付加されるスタータと、
通電により前記ピニオンの前記リングギアへの飛込み動作を行わせるマグネットスイッチとを備え、
アイドルストップ動作による車両のエンジンの停止途中に、前記スタータを回転させた後に、前記ピニオンを前記リングギアの飛込みを行わせて、前記エンジンを再始動する車両エンジンの再始動装置であって、
前記エンジンのリングギアの回転速度を検出する検出手段と、
前記ピニオンの回転速度を検出する検出手段と、
前記ピニオンの回転速度と、前記ヘリカルスプラインの勾配角と、前記ピニオンと前記リングギアとの減速比とに基づいて、前記飛び込み時のピニオンの予想回転速度を演算する演算手段と、
前記予想回転速度と前記リングギアの回転速度との差が、所定回転数以下になるようにマグネットスイッチの通電を開始する手段とを備えたことを特徴とする車両エンジンの再始動装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記所定回転数は、毎分１８０回転であることを特徴とする車両エンジンの再始動装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記演算手段は、前記ピニオンの回転速度から、前記ヘリカルスプラインの勾配角と前記ピニオンの飛込み速度の作用で定まる逆向きの回転速度を差し引き、その回転速度を前記ピニオンと前記リングギアとの減速比によって、前記飛び込み時のピニオンの予想回転速度を演算することを特徴とする車両エンジンの再始動装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記予想回転速度より前記リングギアの回転速度の方が速い場合にのみ、前記通電を開始することを特徴とする車両エンジンの再始動装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかにおいて、
前記マグネットスイッチの通電開始から特定の時間まではマグネットスイッチに連続通電を行い、その後、ＰＷＭ制御によって不連続通電にすることで、通電電流を抑制し、前記ピニオンがリングギアに接触する直前の飛込み速度を０.２〜０.５ｍ／ｓの範囲になるように制御することを特徴とする車両エンジンの再始動装置。
【請求項６】
モータの回転をピニオンに伝達する軸にヘリカルスプラインを設け、その歯に沿ってピニオンが飛込み動作を行うと、前記ピニオンの正回転方向に対して逆向きの回転が付加されるスタータと、
通電により前記ピニオンの前記リングギアへの飛込み動作を行わせるマグネットスイッチとを備えた車両エンジンの再始動装置の制御方法において、
アイドルストップ動作による車両のエンジンの停止途中に、前記スタータを回転させ、
前記ピニオンの回転速度と、前記ヘリカルスプラインの勾配角と、前記ピニオンと前記リングギアとの減速比とに基づいて、前記飛び込み時のピニオンの予想回転速度を演算し、
前記予想回転速度と前記リングギアの回転速度との差を求め、その差が所定回転数以下である場合に、前記マグネットスイッチの通電を開始することを特徴とする車両エンジンの再始動装置の制御方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記所定回転数は、毎分１８０回転であることを特徴とする車両エンジンの再始動装置の制御方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記演算は、前記ピニオンの回転速度から、前記ヘリカルスプラインの勾配角と前記ピニオンの飛込み速度の作用で定まる逆向きの回転速度を差し引き、その回転速度を前記ピニオンと前記リングギアとの減速比によって、前記飛び込み時のピニオンの予想回転速度を求めることを特徴とする車両エンジンの再始動装置の制御方法。
【請求項９】
請求項７において、
前記通電は、前記予想回転速度より前記リングギアの回転速度の方が速い場合にのみ、開始されることを特徴とする車両エンジンの再始動装置の制御方法。
【請求項１０】
請求項６から９のいずれかにおいて、
前記マグネットスイッチの通電開始から特定の時間まではマグネットスイッチに連続通電を行い、その後、ＰＷＭ制御によって不連続通電にすることで、通電電流を抑制し、前記ピニオンがリングギアに接触する直前の飛込み速度を０.２〜０.５ｍ／ｓの範囲になるように制御することを特徴とする車両エンジンの再始動装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両エンジンの再始動装置及びその制御方法に関する。特には、自動車用のエンジンが無負荷もしくは低負荷になった際に、自動的にエンジンを停止させることで、エンジンの燃料消費を節減し、かつ、エンジンの動力が必要となった際に、自動的にエンジンを再始動させる再始動装置及びその制御方法である。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術の一例として、特開２００５−３３０８１３号公報（特許文献１）がある。この広報には、自動停止要求発生直後のエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、エンジン回転の停止を待たずにピニオンをリングギアに噛み込ませてクランキングを開始することが記載されており、速やかにエンジンを再始動することを図っている。
【０００３】
また、アイドルストップを実施する際の、エンジン始動の迅速性とスタータの耐久性の両立を図る技術として、特許第４３２１７９６号公報（特許文献２）がある。この公報には、ピニオンをリングギアに向かって突出させるプランジャおよびコイルをもつマグネットスイッチの制御方法に関して記載があり、「マグネットスイッチのコイルへの通電は、通電開始から所定時間後に低減される」ことが記載されている。
【０００４】
また、スタータの騒音低減を図る技術として、特許第４１１８３４４号公報（特許文献３）がある。この公報には、内燃機関の始動装置における２つの歯車を噛合させる結合用リレーのための回路装置に関して記載があり、リレー電流の低減を制御信号におけるオン／オフ比の変更により行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３３０８１３号公報
【特許文献２】特許第４３２１７９６号公報
【特許文献３】特許第４１１８３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
アイドルストップシステムは、運転者の直接の操作によらずにエンジンを自動停止させるため、自動停止中であっても、運転者の再発進要求に対して、遅れを感じさせることなく、エンジンを再始動させる必要がある。この要件を満たす上で最も厳しい条件になるのが、自動停止動作を始めた直後に、エンジンの再始動要求が発生する場合である。これは、通常のピニオン飛込み式スタータを用いる場合、スタータによるエンジンの始動を行うには、エンジンが一旦、完全に静止する必要があるためである。すなわち、通常のピニオン飛込み式スタータを、エンジンの回転が止まっていない状態で使用すると、ピニオンが飛び込んでエンジンのリングギアと噛合うまでに非常にうるさい騒音が発生し、かつ、スタータのピニオンや、エンジンのリングギアを摩耗させる。これを避けるために、エンジンが完全に静止するのを待って、スタータの使用を開始すると、エンジンの回転が復帰するのに、多大な時間を要し、運転者に不安を抱かせる。これを解決するためには、エンジン停止途中で、エンジンがまだ回っている間に、スタータのピニオンをエンジンのリングギアに静かに噛み込ませることが求められる。
【０００７】
本発明の目的は、エンジンがまだ回っている間にスタータのピニオンをエンジンのリングギアに静かに噛み込ませることを可能とし、これによって、エンジン停止動作を開始した直後に再始動要求が生じた場合にも、速やかにエンジンを再始動させることが可能となる。また、ピニオンとリングギアを噛合わせる際の騒音を低減することで、運転者に不快感を与えずに済む他、ピニオンとリングギアの摩耗が減り、頻繁にアイドルストップを行っても、部品の劣化による交換の必要をなくすことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、モータの回転をピニオンに伝達する軸にヘリカルスプラインを設け、その歯に沿ってピニオンが飛込み動作を行うと、前記ピニオンの正回転方向に対して逆向きの回転が付加されるスタータと、通電により前記ピニオンの前記リングギアへの飛込み動作を行わせるマグネットスイッチとを備え、アイドルストップ動作による車両のエンジンの停止途中に、前記スタータを回転させた後に、前記ピニオンを前記リングギアの飛込みを行わせて、前記エンジンを再始動する車両エンジンの再始動装置であって、前記エンジンのリングギアの回転速度を検出する検出手段と、前記ピニオンの回転速度を検出する検出手段と、前記ピニオンの回転速度と、前記ヘリカルスプラインの勾配角と、前記ピニオンと前記リングギアとの減速比とに基づいて、前記飛び込み時のピニオンの予想回転速度を演算する演算手段と、前記予想回転速度と前記リングギアの回転速度との差が、所定回転数以下になるようにマグネットスイッチの通電を開始する手段とを備えたことにより達成される。
【０００９】
また、上記目的は、モータの回転をピニオンに伝達する軸にヘリカルスプラインを設け、その歯に沿ってピニオンが飛込み動作を行うと、前記ピニオンの正回転方向に対して逆向きの回転が付加されるスタータと、通電により前記ピニオンの前記リングギアへの飛込み動作を行わせるマグネットスイッチとを備えた車両エンジンの再始動装置の制御方法において、アイドルストップ動作による車両のエンジンの停止途中に、前記スタータを回転させ、前記ピニオンの回転速度と、前記ヘリカルスプラインの勾配角と、前記ピニオンと前記リングギアとの減速比とに基づいて、前記飛び込み時のピニオンの予想回転速度を演算し、前記予想回転速度と前記リングギアの回転速度との差を求め、その差が所定回転数以下である場合に、前記マグネットスイッチの通電を開始することを特徴とする車両エンジンの再始動装置の制御方法により達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明を用いることにより、エンジンがまだ回っている間にスタータのピニオンをエンジンのリングギアに静かに噛み込ませることが可能になり、これによって、エンジン停止動作を開始した直後に再始動要求が生じた場合にも、速やかにエンジンを再始動させることが可能となる。また、ピニオンとリングギアを噛合わせる際の騒音が低減されることで、運転者に不快感を与えずに済む他、ピニオンとリングギアの摩耗が減り、頻繁にアイドルストップを行っても、部品の劣化による交換の必要をなくすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明におけるエンジンとスタータの動作例である。
【図２】本発明におけるアイドルストップシステムの電気回路構成例を示す図である。
【図３】本発明におけるスタータの構造例を示す分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
本実施例では、再始動要求が生じていない状態で、エンジン停止途中にスタータのピニオンをリングギアに噛合わせる動作の例を説明する。
【００１４】
図１は、本実施例におけるエンジンとスタータの動作例である。図の上側は、全体的な時間における動作を示しており、図の下側は、ピニオンが噛合う前後の動作を特に拡大して表示したものである。
【００１５】
アイドルストップの動作は、アイドルストップの判定が成立した時点で開始され、最初に燃料噴射を停止することから始まる。この燃料カットにより、エンジンが回転しても燃焼が起きなくなることで、エンジンの回転を維持できなくなり、エンジンのクランク軸と一体となって回転しているリングギアの回転数が低下を始める。（エンジン回転数，リングギア回転数，リングギア回転速度はいずれも同じ意味で使用する）エンジンは、燃焼なしで惰性回転する時も、燃焼室への空気の出入りがあるため、図のような回転速度に脈動的な変動が伴う。エンジン回転が低下し始めたことを受けて、次に、スタータのモータにのみ通電を開始し、スタータの予回転を開始する。予回転を開始するタイミングは、リングギアの回転速度で規定することもできる。予回転開始後は、ピニオンの回転数（＝回転速度と同じ）を検知し続け、一定の条件が成立した時点で、モータの通電を終了し、スタータの回転を惰性回転に切り替える。このモータ通電を終了するタイミングはピニオンの回転数で規定することもできる。スタータが惰性回転中であって、リングギア回転数が低下してくる時に、タイミングを図って、ピニオンの飛込みを行い、ピニオンとリングギアを噛み込ませる。この時の動作の詳細を、下側の拡大図より説明する。
【００１６】
ピニオンの飛込み動作を行うマグネットスイッチへの通電を開始するのは、図に示した「マグネットスイッチＯＮ」のタイミングであり、この時点では、リングギアとピニオンの回転速度には大きな開きがある。このタイミングは、図中に「端面衝突」として示した時点の回転速度を予測して、その予測値が規定の範囲におさめるための演算を行って決める。その演算に必要な情報は、時々刻々のリングギア回転数，ピニオン回転数，マグネットスイッチに通電を開始してから端面衝突に至るまでの時間，リングギア回転の減速特性、および、ピニオン回転の減速特性である。すなわち、リングギアおよびピニオンの現時点の回転速度と、減速特性，端面衝突に至るまでの時間を組合せることで、その時点でマグネットスイッチの通電を開始した場合、端面衝突時点での回転速度の関係が予測できる。その関係が、後述する規定の範囲におさまる時が、マグネットスイッチの通電を開始すべき時であり、規定の範囲に収まる時が来るまでは、リングギアの回転速度が落ちてくるのを待つ。マグネットスイッチはソレノイドコイルとプランジャから成り、通電が開始されると、ソレノイドコイルに磁性が発生し、プランジャを引き付ける動作を行う。このプランジャの動きをシフトレバーを介してピニオンに伝達し、ピニオンを飛込ませる。マグネットスイッチに通電を開始してから、ピニオンが動き出すまでにはソレノイドコイルが十分な磁界を発生させる必要があるため、時間遅れが生じる。よって、図中の「マグネットスイッチＯＮ」と「飛込み開始」には時間的なズレが生じる。この時間のズレは、主にソレノイドコイルが磁束を生成するのに要する時間であるため、マグネットスイッチに通電する電流を上げる程、時間遅れを短縮させることができる。ピニオンが動き出し、ピニオンとリングギアのすき間の距離を移動すると、ピニオンの先端の面と、リングギアの側面が接触することとなり、図中の「端面衝突」に至る。このピニオンが移動する速度を、ピニオン飛込み速度として図中に表記してあり、「飛込み開始」以前は、速度＝０で、「飛込み開始」によって飛込み速度が立ち上り、「端面衝突」の直前が飛込み速度のピークとなる。ピニオン飛込み速度が速いほど、「飛込み開始」から「端面衝突」までの時間は短縮され、「端面衝突」時点のリングギアとピニオンの回転速度を予測する精度を向上させることができる。ただし、速い飛込み速度で端面衝突を起こすと、騒音が大きくなるため、ピニオンの飛込み速度は適正な値に抑えることも、騒音低減にとって有効な手段となる。ピニオンの飛込み動作はマグネットスイッチによって行っているため、マグネットスイッチの磁気吸引力を下げれば、ピニオンの飛込み速度は下がる。よって、マグネットスイッチに通電する電流を下げることで、ピニオンの飛込み速度を適正な値に下げることができる。一方、マグネットスイッチの通電電流を単純に下げると、通電開始から、プランジャが動き始めるまでの遅れ時間が増えてしまうことから、その間の通電電流は、フルに流し、ピニオンが飛込みを開始する時点以降は、スイッチング素子を用いて、電流を抑制することも可能である。いずれにせよ、マグネットスイッチの通電パターンをあらかじめ決めておけば、通電開始から、端面衝突に至るまでの動作は決まった動作を行うこととなり、それにかかる時間は一定の水準で安定化させることができる。この時間を決まった値としておけば、端面衝突の時点のリングギアとピニオンの回転速度を予測することが可能となり、後述する規定に従って、マグネットスイッチに通電を開始するタイミングを判断することが可能となる。
【００１７】
ピニオンの先端の面とリングギアの側面が接触する「端面衝突」以後は、端面どうしがこすれながら回転を続ける動作がある。この間は、ピニオンの飛込み速度は０になる。その後、リングギアの歯のすき間に、ピニオンの歯が来た時点で、ピニオンの挿入が始まり、再びピニオン飛込み速度が上昇する。ピニオンが奥まで挿入され、飛込み速度が０になった時点で、ピニオンの噛み込みは完了となる。
【００１８】
図２に、上記の動作を行うための電気回路の構成を示す。スタータ１は、ピニオン１１を、モータ１３によって回転させる。モータへの通電を行うのがスイッチ１７であり、このスイッチ１７は、リレースイッチによって構成しても良いし、ＰＷＭ制御（ＯＮ／ＯＦＦを非常に短い周期で繰り返し、ＯＮとＯＦＦの時間割合で通電電流を制御する）によって電流抑制を可能にした半導体素子によるスイッチで構成してもよい。電気配線としては、マイナス極の配線を胴体の金属で行うボディーアースにすることで、バッテリー４からの配線をプラス極の配線のみで行える。
【００１９】
ピニオン１１の飛込み動作を行うための駆動源がマグネットスイッチ１２であり、これはソレノイドコイルと、磁気吸引力で引き付けられるプランジャ１４、磁気吸引力がない場合、プランジャを元の位置に戻すバネなどから成る。プランジャ１４が引き込まれると、シフトレバー１５によるてこの動作でピニオン１１が飛込み動作を行う。このマグネットスイッチ１２への通電を行うのがスイッチ１８であり、モータ用スイッチ１７と同様、リレースイッチで構成しても良いし、半導体スイッチで構成しても良い。ピニオンの飛込み動作を行う際、ソレノイドコイルが磁束の生成を行っている間はフルに通電し、ピニオンが動き始めるタイミングで、通電電流を抑制する場合は、スイッチ１８に半導体スイッチを用いることが適する。また、半導体スイッチにはリレースイッチに比べ応答が速いという利点があり、リレースイッチの場合、応答の遅れ時間を見越してスイッチをＯＮにするタイミングを計算する必要があるが、半導体スイッチの場合は、それが必要ないため、制御性が良い。
【００２０】
モータ１３に対するスイッチ１７と、マグネットスイッチ１２に対するスイッチ１８を制御するのが、制御装置２であり、これは独立した制御装置であっても良いし、エンジンの動作全体を制御する制御装置が担っても良い。本発明のアイドルストップシステムは、エンジンの回転が完全に止まっていない間にスタータの飛込みを行うことを可能にしたことが大きな特徴であり、これを行うために重要なこととして、スタータとエンジンの回転速度を把握することがある。このため、ピニオン１１の回転速度を検知するセンサ１６と、リングギア３の回転速度を検知するセンサ５を備え、それらセンサの検知結果を制御装置２が把握することで、ピニオンの飛込みタイミングを判断することができるようになる。さらに、リングギア回転の減速特性を利用して、ピニオンが端面衝突に達する時点でのリングギア回転速度を予測するにあたり、エンジンのクランク角情報を制御装置２が把握すると、より精度の高い予測が可能になる。
【００２１】
図３に、本発明のシステムで用いるスタータの構造の一例を分解図によって示す。モータ１３は、通電されることによって矢印３１の方向に回転する。このモータの回転を、遊星歯車減速機を用いて減速することにより、トルクを増加させて、ピニオンに回転を伝える。このため、モータ１３の軸に太陽歯車２１が取り付いている。遊星歯車２２は、太陽歯車２１と噛合うと同時に、内歯車２３とも噛合っている。内歯車２３は、胴体部材によって固定され、回転しない。遊星歯車２２の軸は、遊星歯車機構におけるキャリアであって、ピニオンシャフト２４と一体となっている。内歯車２３が固定された状態で、太陽歯車２１が回転すると、遊星歯車２２が、自転しながら公転する動きを行う。その公転の動きによって、キャリアであるピニオンシャフト２４が回転し、その回転方向は矢印３２が示す方向であって、モータ１３の回転方向と同じになる。ピニオンシャフト２４は、ピニオン１１が回転するための軸となるが、部品としては分離している。ピニオンシャフト２４にはヘリカルスプライン２５が加工されており、この螺旋状の突起と、ピニオン１１の内側に形成する溝２６が噛合うことで、回転が伝達される。それによって、回転が伝達されるため、ピニオン１１が飛込み動作を行う時、ピニオンシャフト２４は軸方向に動かず、ピニオン１１のみが軸方向に移動できる。ピニオン１１が飛込み動作によって移動する方向が矢印３５であり、その矢印３５の方向に進んだ際、ヘリカルスプラインはピニオンシャフトと逆方向に回転するような螺旋形状にする。この方向の螺旋形状にすることによって、ピニオン１１に負荷がかかった状態で、モータからの回転動力を伝達した際、ヘリカルスプラインと噛合う面の斜面の作用で、ピニオン１１を矢印３５の方向に押し込む力が発生する。これにより、スタータがエンジンを回転させるクランキングの際、ピニオンとリングギアの噛合いが外れることが防止される。
【００２２】
ピニオン１１は、飛込み動作は一体となって動作するが、内部は複数の部品から成り、ワンウェイクラッチ２７を介してピニオンの歯車２８に回転が伝達される。ワンウェイクラッチ２７は、モータからの回転動力は歯車２８に伝達し、逆向きの回転動力は伝達しない構造になっている。この構造を備えることにより、ピニオン飛込みの際、ピニオンの回転速度よりリングギアの回転速度の方が速くても、リングギアの側から、スタータのモータを回転させる方向の力は伝達されず、ギアの歯面衝突の衝撃力を受け流すことが可能になる。
【００２３】
ヘリカルスプラインの螺旋方向を上記の方向にすることで、ピニオンを予回転させてから飛込みを行う際、飛込み速度に応じて、ピニオン１１の回転速度が低下する。すなわち、ヘリカルスプラインの勾配３３により、飛込み方向の移動が、ピニオンの正回転と逆方向の回転を生むため、その逆方向の回転速度分だけ、ピニオンの回転速度が低下する。ピニオンの飛込みを判定する時点では、ピニオンの飛込み速度は０であるため、飛込みによる回転速度の変化は生じていないが、飛込み判定後が行われ、飛込み動作を始めると、それによってピニオンの回転速度が変化する。よって、その分の回転速度の変化を織り込んで、飛込み判定を行うことに、本発明の特徴がある。
【００２４】
次に、本発明の方法によって、スタータの飛込みタイミングを判定する際に関わる関係式を示す。関係式に用いている変数の定義を以下に示す。
【００２５】
Ｚｐ：ピニオンの歯数
Ｚｒ：リングギアの歯数
Ｎｐ0：ピニオンシャフトの毎分回転数（＝回転速度）［ｒ／min］
Ｎｐ：ピニオンシャフトの毎分回転数を同期するリングギアの回転数に換算した毎分回
転数（＝回転速度）  ［ｒ／min］
Ｎｐ′：ピニオンの真の回転数を同期するリングギアの回転数に換算した毎分回転数
（＝回転速度）  ［ｒ／min］
Ｖｐ：ピニオンの飛込み速度  ［ｍ／ｓ］
φ：ヘリカルスプラインの勾配（軸方向距離あたりの周回数）［ｒ／ｍ］
ピニオンとリングギアが噛合って回転すると、回転速度が同期することになるが、その場合、両者の毎分回転数が同じになる訳ではない。すなわち、リングギアとピニオンは、一般に、ピニオンの方が歯数が少なく、歯数の比だけ、ピニオンの毎分回転数はリングギアの毎分回転数より高くなる。よって、ピニオンの毎分回転数を同期するリングギアの回転数に換算した値が、ＮｐとＮｐ′であり、その定義式が式（１）および式（２）となる。
【００２６】
【数１】
0005409587.tif 000002
【００２７】
【数２】
0005409587.tif 000003
【００２８】
ピニオンの回転速度をリングギアと同期する回転数で評価することは、歯車のピッチ円における周速を評価することに等しい。ピニオンとリングギアが同期して回転する場合、毎分回転数は違っても、それぞれのピッチ円の円周速度は等しくなる。同様に、回転が同期する場合、式（１）で計算されるＮｐとリングギア回転速度Ｎｒが等しくなる。図１におけるピニオンの回転数も、このような換算を行った回転数を示している。ピニオンは、ヘリカルスプライン上の移動がない時は、ピニオンシャフトと同じ毎分回転数になるが、ヘリカルスプライン上を移動している時は、ヘリカルスプラインの勾配に応じた回転速度が付加されるため、ピニオンシャフトの回転数と異なる。よって、それらを区別して、ＮｐとＮｐ′の変数を示した。ヘリカルスプラインの勾配は、ピニオンが軸方向に移動した距離に対して、ピニオンが回転する回転数をφと定義したため、ピニオンの飛込み速度と勾配の積が、飛込みによって付加される回転数となり、ピニオンシャフトとの付加される回転数の合計が真のピニオンの回転数となる。リングギアのピニオンの回転速度の差に関しても、式（３）（４）に示すように、ピニオンシャフトの回転数に基づくものと、飛込み速度の影響を加味したものが定義される。
【００２９】
【数３】
0005409587.tif 000004
【００３０】
【数４】
0005409587.tif 000005
【００３１】
ピニオンの飛込みタイミングを規定する判定式が式（５）になる。判定にあたっては、ピニオンがリングギアに接触する時点での回転速度を予測し、そこから計算される速度差ΔＮ′が、毎分１８０回転以下になる状態で、飛込みを判定する。この規定により、ピニオンが飛込んでいって、最初にリングギアと接触する時の相対的な回転の速度差が、一定値以下になることが実現される。固体の衝突に関しては、相対的な速度差が大きいほど、発生する音や衝撃が大きくなる。本発明の特徴は、ピニオンの飛込み速度が回転速度に与える影響を考慮した上で、ピニオンとリングギアの相対的な速度を規定することで、騒音低減を図ることに特徴がある。
【００３２】
飛込みの判定がなされると、マグネットスイッチに通電を開始し、機械的動作が起きてピニオンがリングギアに接触する状態に至る。そこに至る間にも、リングギアとピニオンの回転速度は変化し、特にリングギアの回転速度は脈動しながらの減速となることから、特定の時間が経過した後の回転速度を精度よく予測した上で判定を行う必要がある。判定式（５）の対象となる変数は、ピニオンがリングギアに接触する時点でのリングギア回転速度とピニオン回転速度の予測値であり、その予測値を計算する上で元となるのが、判定時点でのリングギア回転速度と、ピニオン回転速度である。ピニオンの真の回転数を計算するにあたって必要となるピニオン飛込み速度は、マグネットスイッチの磁気吸引力によって決まるため、事前に設定した値を使用すれば良い。
【００３３】
式（６）は、式（５）を変形したものであり、物理的意味は同じであるが、視点をピニオン飛込み速度に変えたものである。
【００３４】
【数５】
0005409587.tif 000006
【００３５】
【数６】
0005409587.tif 000007
【００３６】
式（５）の条件を満たすことと、式（６）で規定される飛込み速度の条件を満たすことと同じである。すなわち、ピニオンの飛込み速度は、ピニオンがリングギアに接触する時点での速度から式（６）で計算される値以下にする。
【００３７】
【数７】
0005409587.tif 000008
【００３８】
【数８】
0005409587.tif 000009
【００３９】
式（７）は、もう一つの飛込み判定式である。式（５）の判定を満たすためには、リングギアとピニオンの速度差が小さければよく、その値がマイナスであっても、条件は満たす。本発明の方法においては、式（７）の条件も満たすように飛込み判定を行うことで、より静かな噛み込みを実現する。すなわち、リングギアの回転速度と、ピニオンシャフトの回転数から計算されるピニオン回転速度の差が、０より大きい時点で、ピニオンとリングギアが接触するように飛込みを開始させる。エンジンの回転が減速している状態で式（５）の条件を満たすためには、特定のタイミングより飛込みタイミングを遅らせれば良いが、式（７）を同時に満たすためには、遅らせ過ぎてもだめであることを規定している。すなわち、リングギアの回転速度が低下している時は、タイミングが遅れる程、Ｎｒが低下するため、ΔＮおよびΔＮ′が低下する。タイミングが遅れてΔＮ′の低下が進んでも、式（５）の条件を逸脱することはないが、式（７）の条件を満たさなくなるタイミングが存在する。
【００４０】
式（７）の条件は、ピニオンが飛込んで、リングギアの側面と衝突した後の動作がスムーズに進行するを目的として規定している。すなわち、ピニオンとリングギアが端面衝突を行うと、ピニオンの飛込み速度は一旦０になる。これにより、ピニオンの真の回転速度は上昇し、Ｎｐと等しくなる。この間の回転速度の変化は図１の下側の図でも示している。ピニオンの端面のリングギアの側面が擦れ合っている状態から、リングギアの歯のすき間にピニオンの歯が入っていくためには、相対的な回転速度差が必要となる。仮にリングギアとピニオンの回転速度が完全に一致している場合、擦れ合っての回転を続けても両者の歯の相対的な位置関係が変わらず、ピニオンの挿入は行えない。このため、リングギアとピニオンの回転速度差を確保するために、式（７）の規定を設ける。リングギアとピニオン回転速度に差を持たせるだけであれば、マイナスの速度差であってもよいが、ピニオンとリングギアが噛合う際に起きる歯面衝突にとっては、速度差がプラスの場合とマイナスの場合で、発生する騒音に差が生じる。すなわち、図３のスタータの構造で説明したように、ワンウェイクラッチ２７を設けることにより、リングギアの回転速度の方がピニオンの回転速度より速い場合は、歯面衝突の衝撃を、ワンウェイクラッチによって受け流すことが可能になる。これによって騒音低減が可能になることから、式（７）のように条件を規定している。
【００４１】
式（８）は、本発明の方法によって、ピニオンを飛込ませる際の、ピニオン飛込み速度を具体的に規定するものである。ピニオン飛込み速度を小さくすると、飛込みの動作を開始してから、ピニオンがリングギアに接触するまでの時間が伸び、かつ、その時間のばらつきも大きくなる。リングギアの回転速度はわずかな時間にも大きく変化するため、飛込みにかかる時間が増えると、その間のリングギアの回転速度の変化量も増え、実測値に対して加える推定量が増えるため、推定の精度が低下する。推定の精度が低下すると、本発明で規定した条件でピニオンを噛み込ませることができなくなり、騒音が増大する。よって、本発明では、ピニオンの飛込み速度を０.２ｍ／ｓ以上とする。また、ピニオンの飛込み速度が大き過ぎる場合は、端面衝突の衝撃が大きくなり、やはり騒音が増大する。よって、ピニオンの飛込み速度を０.５ｍ／ｓ以下とする。また、ピニオンの飛込み速度は増やさずに、飛込みにかかる時間を短縮する手段として、マグネットスイッチに通電を開始してから一定時間の間は、フルに通電を行い、一定時間後は、ＰＷＭ制御によって、通電電流を抑制することで、ピニオン飛込み速度を０.５ｍ／ｓ以下にすることも可能である。以上のように、ピニオン飛込み速度を上限と下限の間になるよう、マグネットスイッチの動作を設計することで、エンジンの回転途中にピニオンを噛み込ませる際の騒音を低減することが可能になる。
【００４２】
本発明の実施例では、再始動要求が生じていない状態で、エンジン停止途中にスタータのピニオンをリングギアに噛合わせる動作の例を説明したが、エンジン停止途中に再始動要求が生じた場合も、同様の方法でピニオンとリングギアの噛合わせを行うことができる。その場合、ピニオンをリングギアに噛合わせた後、モータへの通電を行うことで、エンジンの再始動を行う。
【符号の説明】
【００４３】
１  スタータ
２  制御装置
３  リングギア
４  バッテリー
５  リングギア回転速度センサ
１１  ピニオン
１２  マグネットスイッチ
１３  モータ
１４  プランジャ
１５  シフトレバー
１６  ピニオン回転速度センサ
１７  モータ用スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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